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摘要：随着经济和科技水平的快速发展，探讨物联网环境下煤矿安全监控系统体系架构问题。具体探讨中先结合当前我国煤矿行业发展的一般情况，对其研究现状、存在的问题进行简要说明；然后，分析物联网环境下的安全监控系统结构与特点，以及主要部件、逻辑分站等功能。最后，以此分析为基础，阐明物联网环境下煤矿安全监控系统原理及体系架构。
关键词：煤矿安全；监控系统；联网技术
引言
进入21世纪后，中国在世界工业4.0改革发展潮流中，提出了与本国实际工业发展情况相一致的“中国制造2025”战略计划。煤矿行业作为支撑工业改革发展的动力能源之一，需要做到为工业提供更具实质的品质化服务，因此，煤矿行业自身也需要进行一番智能化改革。当前，我国物联网建设已经进入初步实践阶段，为煤矿产业的深化改革提供了一个有利时机，下面以此为出发点对主题展开说明。
1煤矿安全监控系统概述
1.1研究现状
从我国煤矿安全监控系统的应用方面分析，已经实现了以4G通讯技术为基础的煤矿安全监控系统建设。从其特征方面分析，系统以集中控制为主，具体结构是在井上设置主站控制中心，然后，在井下各个现场区域设置测控分站；当分站完成信息采集后，既可发送到主站，由主站对收集到的信息进行分析处理，然后，再以控制命令的形式进行分发，进而实现安全监控系统控制。从材料与技术方面分析，主要的材料包括专用电缆与光缆等；其中通讯技术除了RS485、CAN之外，还有工业以太网（目前，应用呈增长趋势）；另外，在专用通信协议方面，目前，主要采用各自规定的方式达到对相关数据（信息和命令）的传输等。
1.2存在的问题
当前，煤矿安全监控系统存在的问题相对较多，具体表现在硬件与软件两大层面。以硬件中存在的问题为例：首先，当前煤矿安全采用有线覆盖方式，当传感器密度不大的条件下，系统的扩展性能与覆盖范围会受到一定限制，从而造成系统覆盖受限，并出现监测盲目。以软件为例，若要使各项技术在5G一体化设计方案下实现功能扩展、延长使用寿命，缩短产品更新换代时间，则需要在煤矿安全监控系统的各个组成部分之间，增强对接效用。另外，在基于5G的一体化系统之中，维护管理已经成为煤矿安全监控系统安全运营的重要保障，因而要求在信息通讯方面增强综合信息化网络管理能力。
2物联网环境下煤矿安全监控系统结构与功能
2.1分层架构
假定采用协议IPv6、无线传感器、具有开关量输入功能的执行器、具备冗余布置的控制器，那么，就可以对物联网环境下煤矿安全监控系统进行体系分层架构。具体如下：（1）在万兆网环中心层，可以将它与地面核心交换机进行关联，而在AP分站关联层面，则增设一个综合分站，这样就可以使原有的AP分站的独立功能与综合分站集中后的综合功能明确区分，提升中心层万兆网环的信息处理量级，提升信息分析与反馈速度，使综合网络信息平台信息更全面。（2）在应用支撑层设置M2M；（3）在网络层设置骨干通信网与AP，从而满足综合分站对于AP分站各项信息的直接收集与处理及反馈；这样，中心层与AP分站之间实际上形成了两个层级的信息处理方案，并通过综合分站进行关联，常规性信息可以在综合分站进行解决，复杂信息可以透过中心层进行处理，即使当AP分站发生风险后，也能够利用设置好的U盘功能在中心层进行独立形式的大数据分析。
（4）在目前的4G一体化总方案中，可以将4G专网、地面覆盖、公网对接，高度通信系统，图像监控、精确定位系统，设备管理、生产管理各个系统，进行地面核心交换机与办公网络及即时通讯视频会议方面的全面联动，进而以中心层万兆环网的功能，促进公共综合网络平台各类信息的单元同步显示，进而提升整体上的煤矿安全监控能力。
2.2主要部件与逻辑分站
目前，4G一体化方案中的系统兼容性相对较好，因而可以从功能扩展的角度，将公共网络系统设备与各个AP分站进行“多网融合”，进而提升“一网一站”服务效率。另一方面，在“多网融合”条件下提升信息服务效率的同时，可以在“一网一站”模式中，设置类似U盘的功能，能够更好地储存信息，实现信息的移动传输与自动化传输等；这样，AP分站发生问题时，还能够利用其U盘功能，更好地进行独立的信息处理。从预设逻辑分站的角度分析，AP属于逻辑意义上的分站，其组态功能依然以主站为主，但在组合层面具备更加灵活的组成模式，因此，在覆盖完全的情况下，可以实现对传统分站的优化；而且，民地断电或复电功能也能够得到有效控制，无须主站系统控制，仅在局部内即可实现站内控制，因此，具有更高的可靠性与安全性能；由此，也形成了具有冗余控制器特征的逻辑分站。
2.3各子安全监控系统之间的联动
当采煤区现场出现机械设备故障问题时，可将安全监控系统与工业视频系统进行联动，在视频系统中实时显示故障问题区域的画面，实现故障问题的远程监控。当平台检测发现存在矿井电力安全隐患，需要切断某块区域的供电线路进行检修时。平台可以及时向电力监控系统下发提示信息，操作人员根据提示信息完成对应的操作。另外，对停电可能造成影响的区域也会下发断电提示，提醒各方人员做好准备工作。当平台检测发现矿井某块区域存在严重安全隐患时，可通过应急联动系统警示该区域内所有人员紧急撤离，并告知撤离路线、附近保存的各种应急救援物资、设备运行情况等。同时还可通过工业视频系统实时显示此区域的现场情况，通过广播系统和人员定位系统提醒该区域人员及时撤离。
2.4矿井安全监测系统融合平台具备的功能
1）子系统数据信息采集功能。利用标准化的数据接口对矿井内所有安全监控子系统的数据信息进行采集，确保数据信息采集的准确性和可靠性，将采集到的数据信息存储到数据库中。2）数据信息的实时显示功能。融合平台对采集得到的数据信息进行整理分类、等级划分，筛选出有用的数据信息并在监控屏幕中实时显示。3）分析历史曲线功能。对于不同测点的历史数据信息可以将它们放在一个坐标系内进行比较分析，还可以根据实际需要自由定义曲线纵坐标刻度。4）历史数据查询与分析功能。数据信息采集后存储在数据库中，当需要对历史数据信息进行分析时，可通过程序调取数据库中的历史数据信息，包括状态数据、设备运行数据、报警数据、故障数据等。5）图形显示功能。基于电子矿图，可在图形中实时显示不同位置的状态数据，且可直接在图形中查询相关设备的故障信息等数据。
结语
物联网环节下需要突出万物高效互联属性，将虚拟世界与现场世界进行了深度融合，使二者之间找到结合契机，结合以上分析可以认识到，物联网环境下煤矿安全监控系统体系架构，它的集中优势体现在性能方面；但是，从实践应用的角度分析，基于物联网基础的煤矿安全监控系统体系架构，其内容相对复杂，在技术方面还需要针对其标准化与程序化的规程等做进一步的统一分析，尤其是标准的统一性制定问题非常棘手，另外，封闭式的煤矿安全监控系统，在物联网环境下必然会逐渐走向开放形式，在这种形式下，也需要从系统网络安全方面匹配相应的安全技术。
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